小鼠前列腺去势诱导雄激素剥夺的时空图谱：细胞组成与基因表达的动态调控及新型成纤维细胞亚型发现

本研究针对雄激素剥夺疗法（ADT）后前列腺癌易产生耐药性的临床难题，通过整合空间转录组学与单细胞RNA测序技术，系统绘制了小鼠睾丸切除（ORX）后前列腺各叶的时空动态响应图谱。研究发现各叶具有独特的基因表达时序特征，免疫细胞浸润显著增加，并首次鉴定出一种新型ORX诱导成纤维细胞（OIF），其特征性高表达Wnt2、Rorb和Wif1。该研究为解析ADT响应机制提供了高分辨率时空资源，对克服去势抵抗性前列腺癌（CRPC）具有重要理论价值。

　　

前列腺癌是男性癌症相关死亡的第二大原因，雄激素剥夺疗法（ADT）作为其治疗基石，却面临多数患者最终发展为去势抵抗性前列腺癌（CRPC）的严峻挑战。尽管小鼠模型被广泛用于前列腺癌研究，但对去势后前列腺生物学响应的时空动态缺乏系统认知。小鼠前列腺具有与人截然不同的解剖结构——分为前叶、背叶、侧叶和腹叶四个独立叶区，各叶具有独特的形态学和基因表达特征，这为研究带来了复杂性。以往研究多基于组织块分析，无法解析细胞亚群特异性变化，而单细胞研究又缺失空间信息。因此，构建一个高分辨率的时空图谱，对于理解雄激素剥夺的效应及推进前列腺癌模型研究至关重要。

本研究主要采用了以下关键技术方法：利用10-18周龄C57BL/6雄性小鼠建立睾丸切除术（ORX）模型，分别在术后0天（假手术组）、10天、15天和20天收取前列腺样本；通过Visium空间转录组技术（10X Genomics）对冷冻组织切片进行全转录组分析；通过10x Genomics Chromium单细胞3′文库构建技术对Sham和T15时间点的前列腺组织进行单细胞RNA测序；使用Seurat软件包进行数据整合、降维、聚类和差异表达分析；采用CARD等算法进行空间数据的细胞类型反卷积分析；利用ClusterProfiler进行通路富集分析，并使用CellChat软件包推断细胞间配体-受体互作网络。

Orchiectomy drives marked changes in structure, cell composition and gene expression in the mouse prostate

通过比较ORX后不同时间点前列腺的组织学形态和基因表达，研究发现所有前列腺叶和精囊（SV）均发生进行性退化，至T20时上皮细胞显著减少，基质和结缔组织成为主要成分。空间转录组分析成功注释了Sham组中各前列腺叶、尿道及周围肌肉等结构，并利用叶特异性标记基因对退化后的叶结构进行了追踪和鉴定。

Orchiectomy induces varied cellular and gene expression changes among the different prostate lobes

整合分析显示，不同时间点的基因表达谱存在显著差异。各叶的占比随时间变化，例如前叶在T10时占比增加至41%，而侧叶和腹叶至T20时已无法通过组织学识别。对前叶和背叶的独立分析表明，每个时间点的细胞在转录组上构成了独特的簇，证明各叶对去势的转录响应具有时间特异性。

scRNAseq identifies cellularity differences during castration

单细胞RNA测序揭示了细胞组成的显著变化。上皮细胞（被注释为各叶来源）在总细胞中的比例从Sham的43.8%大幅降至T15的16.3%。相反，免疫细胞比例从10.7%增至35.4%，而成纤维细胞比例保持相对稳定（Sham 36% vs T15 32%）。不同叶的上皮细胞和成纤维细胞在Sham与T15间分别形成独立的簇，表明其转录状态发生了深刻改变。

Orchiectomy is associated with an increased prevalence of immune cells in the prostate

免疫细胞不仅是数量上的增加，其亚型比例也发生改变。单细胞分析将免疫细胞进一步分为B细胞、T细胞（包括CD8⁺ T细胞和NK T细胞）和巨噬细胞（包括M1样、M2样、M2a样和未知亚型）等。ORX后，T细胞（特别是CD8⁺ T和NK T细胞）的比例显著上升。

Orchiectomy promotes a novel fibroblast subtype

研究对成纤维细胞进行了深入分析，依据既往研究标记鉴定出导管成纤维细胞（DF）、尿道成纤维细胞（UF）和Kwon R2成纤维细胞（KR2F）。值得注意的是，在T15样本中，研究者发现了一个全新的成纤维细胞亚群，其特征性高表达Wnt2、Rorb和Wif1，而低表达先前定义的“前列腺成纤维细胞（PF）”标记基因，故将其命名为“睾丸切除诱导的成纤维细胞（OIF）”。通路分析提示OIF中Wnt signaling通路相关术语富集，而PF中则富含与胶原结构和 tensile strength 相关的术语。

Orchiectomy induces changes of expression in multiple genes

ORX引发了广泛的基因表达变化。包括Spink1、Msmb、Pbsn在内的许多雄激素依赖基因显著下调。同时，如Apod、Igfbp3等一系列基因表达上调。这些变化不仅体现在表达水平上，也体现在表达这些基因的spot比例上。

Spatial localization of gene expression

基因的表达变化具有明确的空间定位。例如，Spink1和Msmb几乎完全被抑制，而Svs2的表达在精囊中得以部分保留。上调基因如Apod和Igfbp3在T10时优先在前叶表达，至T15时则遍布整个前列腺。

Mapping single cell data to Visium data provides additional spatial gene expression information

通过将单细胞数据作为参考对空间数据进行反卷积分析，成功地将单细胞中鉴定出的细胞类型（如肌细胞、内皮细胞、OIF等）在空间位置上进行了映射，验证了空间注释的准确性，并提供了更高分辨率的细胞定位信息。

Orchiectomy induces lobe-specific changes in gene expression

每个叶的标记基因谱随去势时间发生动态演变。在Sham中作为某叶标记的基因，在后期时间点可能表达量大幅降低或表达位置发生改变（如转移到精囊），这进一步强调了在时空维度上研究各叶特异性反应的重要性。

Functional analyses

功能分析显示，与酰胺和肽结合（amide and peptide binding）相关的功能通路上调，而与肽酶和内肽酶活性（peptidase and endopeptidase activity）相关的通路被抑制。利用CellChat进行的配体-受体互作分析揭示了ORX后细胞间通信网络的重大重组。例如，PTN和MK信号通路主要在成纤维细胞中被接收，而PSAP信号则主要由神经元细胞接收。ORX后，更多的细胞类型参与到诸如FGF signaling等通路中。

本研究通过构建小鼠前列腺去势后的高分辨率时空图谱，揭示了雄激素剥夺介导的细胞组成和基因表达的动态变化具有明显的叶特异性和时间特异性。免疫浸润增加和一种新型成纤维细胞亚群（OIF）的发现，为理解ADT后的肿瘤微环境重塑提供了新视角。研究所鉴定的叶特异性标记基因、动态表达谱以及细胞间通信网络的变化，为阐释前列腺癌去势抵抗机制提供了宝贵的数据资源（已保存于GEO数据库）。这些发现不仅深化了对雄激素生物学的理解，也为开发针对CRPC的新策略（如靶向OIF或特定免疫细胞）奠定了坚实的理论基础。该成果发表于《Neoplasia》期刊，对前列腺癌研究领域具有重要的推动意义。